AYT FOTOSENTEZ VE KEMOSENTEZ

0
55
AYT fotosentez ve kemosentez biyoloji konu anlatımı kapağı

AYT fotosentez ve kemosentez konu anlatımı kapsamında ışık enerjisinin kimyasal enerjiye dönüşümü, fotosentez tepkimeleri, Calvin döngüsü, fotosentez hızını etkileyen faktörler ve kemosentez işlenecektir.
AYT biyoloji konularının tamamına AYT konu anlatımı arşivinden ulaşabilirsiniz.

Fotosentezin Temeli ve Bilimsel Kanıtlar

Ototrof ve Fotoototrof Canlılar

İnorganik maddelerden kendi organik maddelerini sentezleyebilen canlılara ototrof denir. Ototroflar organik karbon gereksinimini dışarıdan hazır besin alarak değil, çoğunlukla karbondioksiti özümleyerek karşılar. Organik madde üretiminde ışık enerjisini kullanan ototroflar fotoototrof, inorganik maddelerin oksidasyonundan açığa çıkan kimyasal enerjiyi kullananlar ise kemoototrof olarak adlandırılır.

Bitkiler, algler, siyanobakteriler ve bazı fotosentetik bakteriler fotootrof örnekleridir. Fotosentez yapan bütün canlılarda ışığı soğuran pigment ve elektron aktarım sistemi bulunur; fakat bütün fotosentetik canlılar kloroplast taşımaz. Prokaryotlarda fotosentez hücre zarıyla ilişkili yapılarda ve sitoplazmada gerçekleştiği için “fotosentez yapan her canlı ökaryottur” ya da “her fotootrof oksijen üretir” genellemeleri doğru değildir.

Örnek - 1
K, L ve M canlılarının karbon ve enerji kaynakları aşağıdaki gibidir:

K: Karbon kaynağı CO₂, enerji kaynağı ışık
L: Karbon kaynağı organik besin, enerji kaynağı organik besin
M: Karbon kaynağı CO₂, enerji kaynağı amonyağın oksidasyonu

Buna göre aşağıdakilerden hangisi doğrudur?

A) K ve M heterotroftur.
B) K fotoototrof, M kemoototrof; L heterotroftur.
C) L yalnız ışıklı ortamda yaşayabilir.
D) M’nin karbon kaynağı amonyaktır.
E) K’nin mutlaka kloroplastı vardır.
K ışığı enerji, CO₂’yi karbon kaynağı olarak kullandığı için fotoototroftur. M enerjiyi amonyağın oksidasyonundan sağlarken organik maddenin karbonunu CO₂’den kurduğu için kemoototroftur. L hem karbonu hem enerjiyi organik besinden alan heterotroftur.

Cevap: B

Fotosentezin Genel Denklemi ve Enerji Dönüşümü

Oksijenli fotosentezin toplu denklemi 6CO₂ + 12H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O biçiminde gösterilebilir. Tepkimenin gerçekleşmesi için ışık ve fotosentetik pigment gerekir. Denklem netleştirildiğinde 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ yazılsa da ayrıntılı denklem, ürün olarak çıkan oksijenin kaynağını ve suyun hem giren hem çıkan molekül olmasını atom takibi açısından daha açık gösterir.

Fotosentezde ışık enerjisi doğrudan glikoza “eklenmez”. Önce pigmentler ışığı soğurur; ışığa bağlı tepkimelerde ATP ve NADPH oluşur. Bu iki molekülün taşıdığı enerji ve indirgeme gücü, Calvin döngüsünde CO₂’nin organik karbon iskeletlerine katılmasında kullanılır. Böylece elektromanyetik enerji, organik moleküllerin bağlarında depolanan kimyasal enerjiye dönüşür.

Örnek - 2
Bir bitkinin fotosentezi sırasında ışık kesildiğinde ilk saniyelerde ATP ve NADPH üretimi azalırken CO₂ özümlemesi kısa süre daha devam edip sonra durmaktadır. Bu gözlem aşağıdakilerden hangisini en güçlü biçimde destekler?

A) CO₂ ışığa bağlı evrede parçalanır.
B) Glikoz yalnız tilakoit boşluğunda sentezlenir.
C) Işık, Calvin döngüsündeki her enzime doğrudan bağlanır.
D) Işığa bağlı evrenin ATP ve NADPH ürünleri karbon özümleme tepkimelerini besler.
E) Fotosentezde kimyasal enerji oluşmaz.
Işık kesilince yeni ATP ve NADPH üretimi durur; önceden oluşmuş moleküller kısa süre kullanılabildiği için CO₂ özümlemesi hemen değil, bir gecikmeyle durur. Bu durum iki evre arasındaki madde ve enerji bağlantısını gösterir.

Cevap: D

Fotosentezde Karbon, Hidrojen ve Oksijenin Kaynakları

Organik molekülün karbon atomları CO₂’den gelir. Oksijenli fotosentezde su, elektron ve proton kaynağıdır; suyun ışık etkisiyle ayrışması sonucu açığa çıkan elektronlar klorofilin kaybettiği elektronların yerini alır. Protonlar NADP⁺’nin indirgenmesine ve tilakoit boşluğunda proton yoğunluğunun oluşmasına katkı sağlar.

Atmosfere verilen O₂’nin oksijen atomları CO₂’den değil, ışığa bağlı evrede parçalanan sudan gelir. Glikozun yapısındaki oksijen atomlarının önemli bölümü ise CO₂ kaynaklıdır. Bu ayrım, atomların tepkime boyunca izlenmesini sağlayan ağır oksijen izotoplarıyla deneysel olarak gösterilmiştir.

Örnek - 3
Bir bitkiye normal CO₂ ile oksijen atomları ¹⁸O bakımından işaretlenmiş H₂¹⁸O veriliyor. Bir süre sonra bitkinin oluşturduğu ürünlerde ¹⁸O aranıyor. İşaretli oksijene ilk olarak aşağıdakilerden hangisinde yüksek oranda rastlanması beklenir?

A) Atmosfere verilen O₂’de
B) Calvin döngüsüne giren CO₂’nin karbonunda
C) RuBP’nin karbon iskeletinde
D) Yalnız nişastanın karbon atomlarında
E) Klorofilin magnezyum atomunda
Fotosentez sırasında atmosfere verilen moleküler oksijen, suyun fotoliziyle oluşur. Bu nedenle suyun oksijeni ¹⁸O ile işaretlenirse işaret öncelikle açığa çıkan O₂’de görülür.

Cevap: A

Van Helmont, Priestley ve Ingenhousz Deneyleri

Van Helmont, kütlesi ölçülen bir söğüt fidanını belirli miktarda toprakta yıllarca yetiştirip yalnız su eklediğinde bitkinin kütlesinin büyük ölçüde arttığını, toprağın ise çok az azaldığını gözledi. Deney, bitki kütlesinin yalnız topraktan gelmediğini göstermiş; ancak dönemin bilgisiyle CO₂’nin katkısı açıklanamamıştır.

Priestley, kapalı kaptaki mumun yanması veya hayvanın solunumu ile bozulan havanın yeşil bitki varlığında yeniden yanmayı ve yaşamı destekleyebildiğini gösterdi. Ingenhousz bu etkinin bitkinin yeşil kısımlarında ve ışıkta gerçekleştiğini ortaya koydu. Bu deneyler fotosentezde gaz değişimi ve ışık gereksinimini ayırsa da oksijenin atomik kaynağını tek başına belirlemez.

Örnek - 4
Özdeş üç kapta eşit miktarda su bitkisi bulunmaktadır. I. kap aydınlıkta, II. kap karanlıkta tutulmuş; III. kap aydınlıkta fakat bitkinin yeşil kısımları ışık geçirmeyen örtüyle kapatılmıştır. Diğer koşullar eşittir. Bir süre sonra çözünmüş O₂ artışı yalnız I. kapta belirgin olduğuna göre hangi çıkarım yapılabilir?

A) Oksijen üretimi için yalnız sıcaklık yeterlidir.
B) Bitkinin bütün dokuları karanlıkta aynı hızla O₂ üretir.
C) O₂’nin karbonu sudan gelir.
D) Solunum yalnız aydınlıkta gerçekleşir.
E) Oksijenli fotosentez için ışık alan fotosentetik doku gereklidir.
Aydınlık tek başına yeterli olmamış, fotosentetik dokunun ışık alması gerekmiştir. Deney ışık ve yeşil doku koşulunu destekler; oksijenin atomik kaynağını belirlemez.

Cevap: E

Van Niel, Hill ve İşaretli Oksijen Deneyleri

Van Niel, H₂S kullanan fotosentetik bakterilerin organik madde ürettiği hâlde O₂ çıkarmamasından hareketle fotosentezde salınan oksijenin CO₂’den değil hidrojen vericiden geldiğini öne sürdü. Oksijenli fotosentezde hidrojen verici H₂O olduğu için açığa çıkan O₂’nin su kaynaklı olması beklenir.

Hill, izole kloroplastların uygun elektron alıcısı ve ışık varlığında CO₂ bulunmadan da O₂ oluşturabildiğini gösterdi. H₂¹⁸O ve C¹⁸O₂ ile yapılan izleme deneylerinde işaretli su verildiğinde açığa çıkan O₂’nin işaretlenmesi, işaretli CO₂ verildiğinde ise moleküler oksijenin işaretsiz kalması bu sonucu doğruladı. Böylece O₂ üretiminin ışığa bağlı tepkimelere, karbon tutmanın ise ayrı bir tepkime dizisine ait olduğu anlaşıldı.

İşaretli su ve karbondioksit deneylerinde fotosentez ürünlerindeki oksijen atomlarının izlenmesi
İşaretli suyun oksijeni atmosfere verilen O₂’de, işaretli CO₂’nin oksijeni ise karbonlu ürünlerde izlenir.
Örnek - 5
İzole tilakoitler ışık altında, CO₂ içermeyen fakat uygun bir yapay elektron alıcısı bulunan ortamda tutulduğunda O₂ çıkışı gözleniyor. Aynı düzenek karanlığa alındığında O₂ çıkışı duruyor. Bu sonuç aşağıdakilerden hangisini destekler?

A) O₂, Calvin döngüsünde CO₂’nin parçalanmasıyla oluşur.
B) O₂ üretimi için glikoz sentezinin tamamlanması gerekir.
C) Suyun oksitlenmesi ve O₂ oluşumu ışığa bağlı elektron aktarımıyla ilişkilidir.
D) Karanlıkta bütün kloroplast enzimleri parçalanır.
E) Yapay elektron alıcısı karbon kaynağıdır.
CO₂ yokken de ışıkta O₂ oluşması, oksijen üretiminin karbon tutmadan ayrılabildiğini gösterir. Karanlıkta durması ise suyun elektron vermesiyle başlayan olayın ışığa bağlı olduğunu destekler.

Cevap: C

Kloroplast, Işık ve Pigmentler

Kloroplastın Bölümleri ve Görevleri

Kloroplast, dış ve iç zardan oluşan çift zarlı bir organeldir. İç kısmındaki enzimli sıvıya stroma denir. Stromada halkasal DNA, RNA, 70S ribozomlar, enzimler ve geçici nişasta taneleri bulunabilir. Karbon tutma ve Calvin döngüsü stromada gerçekleşir.

Stroma içinde yassı kesecikler oluşturan tilakoitler yer alır. Tilakoitlerin üst üste dizilmesi granumu, granumların bağlantıları ara lamelleri oluşturur. Fotosentetik pigmentler, fotosistemler, elektron taşıma elemanları ve ATP sentaz tilakoit zarıyla ilişkilidir; ışığa bağlı tepkimeler bu zar üzerinde yürür. Tilakoidin iç hacmi protonların biriktiği tilakoit boşluğudur.

Kloroplastın çift zarı stroma granum ara lamel tilakoit zarı ve tilakoit boşluğu
Kloroplastta ışığa bağlı tepkimeler tilakoit zarında, karbon tutma tepkimeleri stromada gerçekleşir.
Örnek - 6
Bir kloroplastta tilakoit zarları parçalanıp zardaki proteinler işlevsiz hâle gelirken stromadaki enzimlerin yapısı korunuyor. Bu kloroplast ışıklı ortamda tutulduğunda aşağıdakilerden hangisinin doğrudan gerçekleşememesi beklenir?

A) CO₂’nin stroma sıvısına difüzyonu
B) Stromadaki mevcut organik ara ürünlerin bulunması
C) Fotosistem ve elektron taşıma sistemine bağlı ATP üretimi
D) Kloroplast DNA’sının stromada yer alması
E) Önceden oluşmuş enzimlerin stromada korunması
Fotosistemler, ETS ve ATP sentaz tilakoit zarıyla ilişkilidir. Zar düzeni bozulduğunda ışığa bağlı elektron aktarımı ve fotofosforilasyon yürüyemez; stromadaki yapıların bulunması bunu değiştirmez.

Cevap: C

Işığın Dalga Boyu ve Görünür Spektrum

Işık, foton adı verilen enerji paketleri hâlinde yayılan elektromanyetik enerjidir. Ardışık iki dalga tepesi arasındaki uzaklık dalga boyudur. Dalga boyu kısaldıkça bir fotonun enerjisi artar. Fotosentezde kullanılan ışığın büyük bölümü yaklaşık 380–750 nm arasındaki görünür bölgededir.

Bir yaprağa gelen ışığın bir bölümü yansıtılır, bir bölümü geçirilir, bir bölümü pigmentlerce soğurulur. Fotosenteze enerji sağlayan yalnız soğurulan fotonlardır. Bu nedenle bir ışığın parlak görünmesi, fotosentez açısından aynı ölçüde etkili olduğu anlamına gelmez; pigmentin o dalga boyunu soğurabilmesi gerekir.

Klorofil ve Yardımcı Pigmentler

Klorofil molekülünün ışığı soğuran porfirin halkasının merkezinde magnezyum bulunur; hidrofobik kuyruğu molekülü tilakoit zarına bağlar. Klorofil a reaksiyon merkezinde elektron veren temel pigmenttir. Klorofil b ve karotenoidler farklı dalga boylarını soğurarak enerjiyi reaksiyon merkezine aktarabilen yardımcı pigmentlerdir.

Karotenoidler sarı, turuncu ve kırmızı tonları oluşturur; klorofilin zayıf soğurduğu bazı dalga boylarını değerlendirir ve aşırı ışık enerjisini zararsızlaştırmaya yardım eder. Yaprakların yeşil görünmesinin nedeni yeşil ışığın önemli bölümünün yansıtılması veya geçirilmesidir. Yeşil ışıkta fotosentez tümüyle sıfır olmak zorunda değildir; yardımcı pigmentler ve yaprak dokusundaki ışık saçılması sınırlı etkinlik sağlayabilir.

Örnek - 8
Yardımcı pigmentleri işlevsiz, klorofil a molekülleri normal bir mutant bitki ile yabani tip bitki aynı toplam ışık şiddetinde farklı dalga boylarına maruz bırakılıyor. Mutantın özellikle yardımcı pigmentlerin güçlü soğurduğu dalga boylarında daha düşük fotosentez yapması aşağıdakilerden hangisiyle açıklanır?

A) Yardımcı pigmentler CO₂’nin karbonunu üretir.
B) Klorofil a hiçbir dalga boyunu soğuramaz.
C) Yardımcı pigmentler suyu doğrudan glikoza çevirir.
D) Karotenoidler yalnız yaprağın rengini değiştirir.
E) Yardımcı pigmentler soğurulan ışık aralığını genişletip enerjiyi reaksiyon merkezine aktarır.
Yardımcı pigmentler, klorofil a’nın etkili kullanamadığı bazı dalga boylarını soğurup uyarılma enerjisini reaksiyon merkezine iletir. Bu işlev kaybolduğunda kullanılabilir spektrum daralır.

Cevap: E

Soğurma Spektrumu ile Etki Spektrumu

Soğurma spektrumu, bir pigmentin farklı dalga boylarındaki ışığı ne ölçüde soğurduğunu gösterir. Etki spektrumu ise farklı dalga boylarında fotosentez hızını; örneğin O₂ üretimi veya CO₂ tüketimi üzerinden gösterir. Tek bir pigmentin soğurma spektrumu ile bütün yaprağın etki spektrumu birebir aynı olmak zorunda değildir.

Etki spektrumu klorofil a, klorofil b, karotenoidler, pigment miktarları ve dokunun optik özelliklerinin ortak sonucudur. Bununla birlikte klorofillerin mor-mavi ve kırmızı bölgelerde güçlü soğurması nedeniyle fotosentez hızı çoğunlukla bu bölgelerde yüksek, yeşil bölgede daha düşüktür.

Örnek - 9
Bir araştırmacı saf klorofil a çözeltisinin soğurma spektrumu ile canlı yaprağın etki spektrumunu karşılaştırıyor. Yaprak, klorofil a’nın zayıf soğurduğu bazı dalga boylarında beklenenden daha yüksek fotosentez gösteriyor. Bu farkın en uygun açıklaması hangisidir?

A) Canlı yaprak ışığa ihtiyaç duymaz.
B) Yardımcı pigmentler farklı dalga boylarını soğurup enerjiyi klorofil a içeren reaksiyon merkezlerine aktarabilir.
C) Etki spektrumu yalnız solunum hızını ölçer.
D) Saf çözeltide CO₂ bulunduğu için soğurma azalır.
E) Yeşil ışığın bütün fotonları yaprakta kimyasal enerjiye dönüşür.
Canlı yaprakta birden fazla pigment bulunur. Yardımcı pigmentlerin soğurduğu enerji reaksiyon merkezine aktarılabildiğinden yaprağın etki spektrumu saf klorofil a spektrumundan daha geniş olabilir.

Cevap: B

Engelmann Deneyi

Engelmann, ipliksi bir alg üzerine prizmadan geçirdiği görünür ışığın farklı dalga boylarını düşürdü. Ortama oksijenli solunum yapan hareketli bakteriler ekledi. Bakteriler, algin O₂ üretiminin yüksek olduğu bölgelerde daha çok kümelendiği için dağılımları fotosentezin etki spektrumu hakkında dolaylı ölçüm sağladı.

Bakterilerin mor-mavi ve kırmızı ışık alan bölgelerde yoğunlaşması, fotosentezin bu dalga boylarında daha hızlı olduğunu gösterir. Deneyde bağımsız değişken dalga boyu, gözlenen bağımlı değişken bakteri yoğunluğu; yorumlanan ara değişken ise yerel O₂ üretimidir. Bakterilerin ışığı tercih ettiği varsayımı dışlanmadan sonuç güvenilir sayılamayacağı için kontrol düzenekleri önemlidir.

Pigment soğurma eğrileri görünür spektrum ve Engelmann deneyinde bakteri dağılımı
Pigmentlerin güçlü soğurduğu mor-mavi ve kırmızı bölgelerde oksijen üretimi ile aerob bakteri yoğunluğu artar.
Örnek - 10
Farklı dalga boyları altındaki alg ipliği çevresinde aerob bakteri yoğunlukları

Şekilde bakterilerin ışığın kendisine değil yalnız O₂ derişimine yöneldiği ön deneyle doğrulanmıştır. Buna göre bakteri kümelenmesinin III. bölgede I ve V. bölgelere göre az olması aşağıdakilerden hangisini gösterir?

A) III. bölgede algin solunumu kesinlikle yoktur.
B) I ve V. bölgelerde CO₂ bulunmaz.
C) III. bölgedeki ışık görünür değildir.
D) III. bölgedeki dalga boyu alg pigmentlerince daha az etkili kullanıldığı için yerel O₂ üretimi düşüktür.
E) Aerob bakteriler O₂’den kaçar.
Kontrol deneyi bakterilerin doğrudan ışığa yönelmesi olasılığını dışlamıştır. Daha az bakteri, daha düşük yerel O₂; bu da o dalga boyunda daha düşük fotosentez hızı anlamına gelir.

Cevap: D

Işığa Bağlı Tepkimeler

Fotosistemler ve Elektronların Uyarılması

Fotosistem, tilakoit zarda bulunan anten pigmentleri ile reaksiyon merkezinden oluşan işlevsel birimdir. Anten kompleksindeki pigmentler farklı dalga boylarını soğurur ve uyarılma enerjisini reaksiyon merkezindeki özel klorofil a çiftine aktarır. Reaksiyon merkezinin elektronu daha yüksek enerji düzeyine çıkar ve birincil elektron alıcısına geçer.

Elektron kaybeden reaksiyon merkezi yükseltgenmiş, elektronu alan taşıyıcı indirgenmiş olur. Elektronun enerji kazanması ışıkla, daha sonra taşıyıcılar arasında ilerlerken enerji kaybetmesi ise elektron taşıma sistemiyle ilişkilidir. Bu kademeli enerji düşüşü protonların tilakoit boşluğuna taşınmasında kullanılır.

Örnek - 11
Reaksiyon merkezindeki klorofil a ışık soğurduktan sonra elektronunu birincil alıcıya vermektedir. Bu sırada gerçekleşen redoks olayları için hangisi doğrudur?

A) Hem klorofil hem alıcı yükseltgenir.
B) Klorofil indirgenir, alıcı yükseltgenir.
C) Elektron enerji kaybetmeden suya döner.
D) Klorofil yükseltgenir, birincil elektron alıcısı indirgenir.
E) Redoks olayı gerçekleşmez.
Elektron veren klorofil yükseltgenir; elektronu kabul eden molekül indirgenir. Klorofilin elektron açığı daha sonra uygun elektron kaynağından tamamlanır.

Cevap: D

Suyun Fotolizi ve NADPH Oluşumu

Oksijenli fotosentezde su, fotosistemle ilişkili enzim kompleksi tarafından ışık enerjisinin sağladığı süreçte elektron, proton ve oksijene ayrılır. Dengelenmiş gösterim 2H₂O → 4e⁻ + 4H⁺ + O₂ biçimindedir. Elektronlar reaksiyon merkezinin kaybettiği elektronların yerini alır, O₂ yan ürün olarak açığa çıkar.

Elektron aktarım zincirinin sonunda elektronlar ve stromadan alınan proton, NADP⁺ redüktaz aracılığıyla NADP⁺’ye aktarılır ve NADPH oluşur. NADPH enerji taşıyıcısından çok indirgeme gücü taşıyan elektron/hidrojen taşıyıcısıdır. Calvin döngüsünde karbonlu ara ürünlerin indirgenmesinde kullanılır.

Örnek - 12
Işıklı ortamda NADP⁺ redüktaz enzimi seçici olarak engellenen bir kloroplastta diğer yapılar başlangıçta işlevseldir. Kısa süre içinde aşağıdakilerden hangisi beklenir?

A) NADPH birikiminin artması
B) NADP⁺’ye elektron aktarımının ve Calvin döngüsünün indirgeme kapasitesinin azalması
C) CO₂’nin moleküler oksijene dönüşmesi
D) RuBP yenilenmesinin ışık ürünlerinden bağımsız hızlanması
E) Klorofilin ışık soğurma özelliğinin zorunlu olarak kaybolması
NADP⁺ redüktaz engellenince elektronların son alıcıya aktarılması ve NADPH oluşumu azalır. Calvin döngüsündeki indirgenme basamağı NADPH gerektirdiği için karbon özümlemesi de yavaşlar.

Cevap: B

Elektron Taşıma Sistemi ve Proton Gradyanı

Uyarılmış elektronlar tilakoit zardaki taşıyıcılar arasında aktarılırken serbest enerjilerinin bir bölümü protonların stromadan tilakoit boşluğuna taşınmasında kullanılır. Suyun fotolizi de protonları doğrudan tilakoit boşluğuna bırakır. NADPH oluşurken stromadan proton tüketilmesi iki bölge arasındaki farkı daha da büyütür.

Sonuçta tilakoit boşluğunda proton derişimi stromaya göre yükselir ve elektriksel yük farkı oluşur. Bu elektrokimyasal proton gradyanı potansiyel enerji taşır. Tilakoit zar protonlara serbestçe geçirgen olsaydı gradyan kurulamaz, elektron aktarımı sürse bile ATP sentezi ciddi biçimde azalırdı.

Örnek - 7
Numaralı kloroplast bölmeleri ve bölgeye özgü inhibitör uygulaması

Şekilde K inhibitörü yalnız II numaralı zar üzerindeki elektron taşıyıcıları durdurmakta, stromadaki enzimleri doğrudan etkilememektedir. Işıklı ortamda K uygulamasından hemen sonra aşağıdaki değişimlerden hangisi beklenir?

A) ATP ve NADPH üretiminin azalması, bir süre sonra CO₂ özümlemesinin de yavaşlaması
B) Suyun fotolizinin hızlanması ve O₂ çıkışının artması
C) Calvin döngüsünün ışık ürünlerinden bağımsız olarak sürekli hızlanması
D) Tilakoit boşluğundaki protonların sınırsız artması
E) Kloroplast DNA’sının anında parçalanması
Elektron taşıma sistemi durunca proton gradyanı, ATP ve NADPH üretimi azalır. Calvin döngüsü bu ürünlere bağımlı olduğundan mevcut havuz kısa süre kullanıldıktan sonra CO₂ özümlemesi de yavaşlar.

Cevap: A

Örnek - 13
Bir madde tilakoit zarını H⁺ iyonlarına geçirgen hâle getiriyor; fotosistemlerin ışık soğurması ve elektron aktarımı kısa süre devam ediyor. Maddenin ilk etkisi aşağıdakilerden hangisidir?

A) Stromada CO₂ miktarının zorunlu olarak sıfırlanması
B) Klorofil sentezinin anında durması
C) Proton gradyanının dağılması nedeniyle ATP sentezinin azalması
D) Suyun karbon kaynağına dönüşmesi
E) NADP⁺’nin glikoza dönüşmesi
Zarın protonlara geçirgenleşmesi, iki taraf arasındaki H⁺ farkını ortadan kaldırır. ATP sentazı çalıştıran proton itici kuvvet kaybolduğu için fotofosforilasyon azalır.

Cevap: C

Kemiozmoz ve Fotofosforilasyon

Protonların elektrokimyasal gradyan yönünde tilakoit boşluğundan stromaya ATP sentaz üzerinden dönmesi kemiozmozun temelidir. Proton akışı enzimin yapısal hareketlerini tetikler ve ADP ile inorganik fosfatın birleşerek ATP oluşturmasını sağlar. Işık enerjisine dayanan bu ATP sentezine fotofosforilasyon denir.

ATP sentaz proton üretmez; önceden kurulmuş gradyanın enerjisini kimyasal bağ enerjisine çevirir. Elektron taşıma sistemi proton gradyanını kurar, ATP sentaz ise gradyanı kullanır. Bu nedenle ETS inhibitörü, proton kaçağı ve ATP sentaz inhibitörü ATP üretimini farklı basamaklardan etkiler.

Tilakoit zarda fotosistemler suyun fotolizi elektron taşıma sistemi proton gradyanı NADPH ve ATP sentaz
Işığa bağlı tepkimelerde elektron aktarımı proton gradyanı kurar; H⁺ iyonlarının ATP sentazdan stromaya dönüşü ATP sentezini sağlar.
Örnek - 14
Örnek 14 tilakoit boşluğundan stromaya ATP sentaz ve kaçak kanal üzerinden proton akışı

Özdeş kloroplastlarda I kontrol, II proton taşıyan bir ayırıcı madde, III ise ATP sentaz kanalını kapatan inhibitörle hazırlanmıştır. Işık ve diğer koşullar eşit olduğuna göre kısa süreli deney için aşağıdaki karşılaştırmalardan hangisi doğrudur?

A) II’de proton gradyanı ve ATP üretimi azalır; III’te gradyan artabilirken ATP üretimi azalır.
B) II ve III’te ATP üretimi kontrolden daha yüksektir.
C) III’te protonlar ATP sentazdan daha hızlı geçer.
D) II’de tilakoit boşluğunda proton birikimi zorunlu olarak artar.
E) Her üç düzende ATP üretimi aynıdır.
Ayırıcı madde protonları ATP sentaz dışından geçirerek gradyanı dağıtır. ATP sentaz inhibitöründe protonların normal dönüş yolu kapanır; gradyan birikebilir fakat ATP sentezi düşer. İki uygulama aynı sonucu farklı mekanizmalarla oluşturur.

Cevap: A

Işığa Bağlı Evrenin Girdi ve Ürünleri

Işığa bağlı tepkimelerin temel girdileri ışık, H₂O, NADP⁺, ADP ve inorganik fosfattır. Ürünleri O₂, NADPH ve ATP’dir. O₂ çoğunlukla ortamla değiş tokuş edilir; ATP ve NADPH ise kloroplast içinde Calvin döngüsünde kullanılır. Bu ATP uzun süreli depo veya hücreler arası taşınan bir enerji paketi değildir.

NADPH kullanıldığında NADP⁺, ATP kullanıldığında ADP ve Pi yeniden oluşur; bu moleküller ışığa bağlı tepkimelere geri döner. İki evre arasındaki bu döngüsel taşıma, bir evredeki aksamanın diğer evreyi gecikmeli olarak etkilemesini açıklar.

Örnek - 15
Işığa bağlı tepkimeler normal sürerken Calvin döngüsünde ATP ve NADPH kullanımını engelleyen bir madde uygulanıyor. Bir süre sonra aşağıdaki değişimlerden hangisinin birlikte görülmesi en olasıdır?

A) ADP, Pi ve NADP⁺ miktarının artması; ATP ve NADPH’nin azalması
B) CO₂ tüketiminin artması ve RuBP’nin hızla tükenmesi
C) O₂’nin CO₂’ye dönüşmesi
D) Suyun fotolizinin Calvin döngüsünde başlaması
E) ATP ve NADPH’nin birikmesi, bunların yükseltgenmiş/enerjisiz biçimlerinin geri dönüşünün azalması
Calvin döngüsü ATP ve NADPH’yi tüketemezse bu ürünler birikir; ADP, Pi ve NADP⁺’nin ışığa bağlı evreye geri dönüşü azalır. Sonunda alıcı eksikliği ışığa bağlı tepkimeleri de yavaşlatabilir.

Cevap: E

Calvin Döngüsü ve Organik Madde Sentezi

Karbon Tutulması ve Kararsız Altı Karbonlu Ara Ürün

Calvin döngüsü ökaryot fotootrof hücrelerde kloroplast stromasında, fotosentetik prokaryotlarda sitoplazmada yürür. Döngünün ilk basamağında beş karbonlu RuBP, CO₂’yi kabul eder. Rubisco enziminin katalizlediği birleşmeyle kararsız altı karbonlu ara ürün oluşur ve bu ürün hemen iki adet üç karbonlu 3-fosfogliserata ayrılır.

Bu basamağa karbon tutulması ya da fiksasyonu denir; inorganik CO₂’nin karbonu organik ara ürüne katılır. Bir CO₂ tutulduğunda iki üç karbonlu ürün oluşması karbon sayısını korur: 5C + 1C = 6C ve 6C = 3C + 3C. Karbon tutulması ışığı doğrudan kullanmaz fakat döngünün devamı ışığa bağlı evrede üretilen ATP ve NADPH’ye bağlıdır.

Örnek - 16
İşaretli su ve karbondioksit içeren iki fotosentez deney kabı

Kabın birinde H₂¹⁸O, diğerinde C¹⁸O₂ kullanılmış ve kısa süre sonunda ürünler incelenmiştir. Buna göre hangi sonuç beklenir?

A) Her iki kapta da açığa çıkan O₂ aynı oranda ¹⁸O taşır.
B) C¹⁸O₂ verilen kapta O₂’nin tamamı işaretlenir.
C) H₂¹⁸O verilen kapta organik ürünün bütün karbonları işaretlenir.
D) İşaret hiçbir üründe bulunmaz.
E) H₂¹⁸O verilen kapta açığa çıkan O₂; C¹⁸O₂ verilen kapta ise karbonlu ara ürünlerin oksijeni işaretlenebilir.
Moleküler O₂ suyun fotolizinden gelir; bu nedenle H₂¹⁸O onu işaretler. CO₂ ise Calvin döngüsünde karbonlu ürünlere katılır ve taşıdığı oksijen bu ürünlerde izlenebilir; doğrudan salınan O₂’nin kaynağı değildir.

Cevap: E

İndirgenme ve PGAL/G3P Oluşumu

Karbon tutulmasıyla oluşan üç karbonlu bileşikler önce ATP kullanılarak enerji bakımından etkinleştirilir, ardından NADPH’nin elektronlarıyla indirgenir. Sonuçta üç karbonlu gliseraldehit-3-fosfat oluşur. PGAL veya G3P olarak da adlandırılan bu molekül Calvin döngüsünün doğrudan karbonlu ürünüdür.

ATP kullanımı sırasında ADP, NADPH kullanımı sırasında NADP⁺ oluşur ve bu moleküller ışığa bağlı tepkimelere geri döner. Calvin döngüsü doğrudan glikoz üretmek zorunda değildir; net oluşan G3P’nin iki molekülü daha sonra altı karbonlu bir heksozun sentezine temel olabilir.

Örnek - 17
Calvin döngüsünde NADPH kullanımını seçici olarak durduran bir inhibitör uygulanıyor. CO₂ ve ATP bulunduğuna göre ilk olarak aşağıdakilerden hangisinin gerçekleşmesi beklenir?

A) Suyun fotolizinin stromada başlaması
B) G3P’den RuBP yenilenmesinin sınırsız hızlanması
C) Üç karbonlu ara ürünlerin indirgenmesinin ve G3P oluşumunun azalması
D) CO₂’nin O₂’ye parçalanması
E) Tilakoit zarın çift zara dönüşmesi
NADPH karbonlu ara ürünlere elektron ve indirgeme gücü sağlar. Kullanımı durduğunda indirgenme basamağı aksar ve G3P üretimi azalır; ATP tek başına bu basamağı tamamlayamaz.

Cevap: C

RuBP’nin Yenilenmesi

Üç CO₂’nin tutulduğu bir döngü turunda altı G3P oluşur. Bunlardan yalnız biri net ürün olarak döngüden ayrılır; kalan beş G3P’nin toplam on beş karbonu yeniden düzenlenerek üç adet beş karbonlu RuBP’ye dönüştürülür. Bu dönüşüm ATP gerektirir.

RuBP yenilenemezse CO₂’yi kabul edecek molekül tükenir ve karbon tutulması durur. Bu nedenle döngünün adı yalnız dairesel çizimden değil, CO₂ alıcısının sürekli yeniden üretilmesinden gelir. G3P’nin tamamının glikoz yapımına ayrılması kısa sürede döngüyü sonlandırırdı.

Örnek - 18
Üç CO₂’nin tutulduğu Calvin döngüsü turunda oluşan altı G3P’nin beşi RuBP yenilenmesine katılmaktadır. Beş G3P’nin yenilenme basamağına ayrılmasının temel nedeni hangisidir?

A) Moleküler O₂ üretmek
B) CO₂ alıcısı olan üç RuBP’nin on beş karbonlu toplam iskeletini yeniden kurmak
C) Tilakoit boşluğunda proton biriktirmek
D) Klorofil a sentezlemek
E) Suyu fotolize uğratmak
Beş adet üç karbonlu G3P toplam 15 karbon taşır. Bu karbonlar üç adet beş karbonlu RuBP’yi yeniden oluşturur; böylece yeni CO₂ moleküllerinin tutulması mümkün olur.

Cevap: B

Örnek - 20
Calvin döngüsünde numaralı karbon havuzları ve net ürün çıkışı

Şemada üç CO₂’nin katıldığı bir turda K havuzu altı adet 3C molekül, L havuzu net ürün olarak ayrılan bir adet 3C molekül, M havuzu ise yenilenmeye katılan beş adet 3C molekülü göstermektedir. Buna göre aşağıdakilerden hangisi doğrudur?

A) M’deki toplam 15 karbon, üç adet 5C RuBP’nin yenilenmesini sağlar.
B) L doğrudan bir molekül glikozdur.
C) K’nın bütün karbonları döngüden ayrılır.
D) M’nin yenilenmesi sırasında ATP üretilir.
E) CO₂’nin oksijeni moleküler O₂ olarak çıkar.
Beş adet 3C molekül toplam 15 karbon taşır ve bunlardan üç adet 5C RuBP yeniden kurulur. Net ayrılan tek G3P üç karbonludur; tek başına glikoz değildir.

Cevap: A

Karbon, ATP ve NADPH Bilançosu

Üç CO₂’nin net bir G3P olarak organik ürüne katılması için karbon tutulması ve indirgenme basamaklarında 6 ATP ile 6 NADPH, RuBP yenilenmesinde 3 ATP kullanılır. Toplam bilanço 3 CO₂ + 9 ATP + 6 NADPH → 1 net G3P biçiminde özetlenebilir; ADP, Pi ve NADP⁺ ışığa bağlı evreye geri döner.

Altı karbonlu bir heksoz için iki net G3P gerektiğinden yaklaşık 6 CO₂, 18 ATP ve 12 NADPH kullanılır. Bu sayılar döngünün mekanizmasını anlamak içindir: ATP enerji sağlar, NADPH indirgeme gücü sağlar, CO₂ karbon kaynağıdır. Bu görevler birbirinin yerine geçemez.

Calvin döngüsünde karbon tutulması indirgenme G3P çıkışı ve RuBP yenilenmesi
Üç CO₂ için altı G3P oluşur; bir G3P net ürün olurken beşi RuBP’nin yenilenmesinde kullanılır.
Örnek - 19
Calvin döngüsünde 12 NADPH’nin tüketildiği ve diğer girdilerin sınırlayıcı olmadığı bir süreçte teorik olarak kaç CO₂ özümlenir ve kaç net G3P elde edilir?

A) 3 CO₂, 1 G3P
B) 3 CO₂, 2 G3P
C) 6 CO₂, 1 G3P
D) 6 CO₂, 2 G3P
E) 12 CO₂, 6 G3P
Üç CO₂’nin net bir G3P’ye dönüşmesi için 6 NADPH gerekir. 12 NADPH iki kat bilanço sağlar: 6 CO₂ özümlenir ve 2 net G3P oluşur.

Cevap: D

PGAL’den Üretilen Organik Moleküller

Net G3P/PGAL, glikoz ve fruktoz gibi heksozlara; bunlardan sakkaroz, nişasta ve selüloza dönüştürülebilir. Ayrıca gliserol ve yağ asidi sentezine karbon iskeleti sağlar. Amino asit, nükleotit ve bazı vitaminlerin sentezinde ise G3P kökenli karbon iskeletlerine topraktan alınan azot, kükürt ve fosfor gibi mineraller katılır.

Bu nedenle fotosentez yalnız “glikoz üretimi” değildir; ekosistemdeki pek çok organik molekülün karbon iskeletini başlatır. Ancak amino asit veya nükleotit sentezi yalnız CO₂ ve sudan tamamlanamaz. Azotlu organik maddeler için uygun azot kaynağı, fosforlu moleküller için fosfat gerekir.

Fotosentez Hızını Etkileyen Faktörler

Minimum Kuralı ve Sınırlayıcı Faktör

Fotosentez hızı ışık, CO₂, sıcaklık, su, mineral, pigment ve enzim gibi birçok faktörün ortak etkisiyle belirlenir. Bir faktör yetersizken diğerlerinin artırılması hızı yükseltmeyebilir. Hızı o anda en düşük yeterlilik düzeyinde tutan etmene sınırlayıcı faktör denir; bu ilişki minimum kuralıyla açıklanır.

Örneğin düşük ışıkta CO₂ artışı etkisiz kalabilir; ışık yükseltildiğinde CO₂ sınırlayıcı hâle gelebilir. Bu nedenle bir grafikte plato görülmesi fotosentezin mutlak üst sınırına ulaşıldığını kanıtlamaz. Denenmeyen başka bir faktör hızı sınırlıyor olabilir.

Dikkat
Bir faktör–hız grafiğindeki yatay bölüm, ilgili faktörün artık sınırlayıcı olmadığını gösterir; fotosentezin bütün koşullarda en yüksek hızına ulaşıldığını göstermez. Plato yüksekliği diğer sınırlayıcı faktörler değişince yükselebilir.
Örnek - 21
Bir serada ışık şiddeti artırıldığında fotosentez hızı değişmiyor. Ardından CO₂ derişimi yükseltildiğinde hız artıyor; ancak belirli bir değerde yeniden sabitleniyor. Bu sonuçların en uygun yorumu hangisidir?

A) İlk durumda ışık sınırlayıcı değildir; CO₂ sınırlayıcıdır, ikinci platoda başka bir faktör sınırlayıcı olabilir.
B) Işık fotosentez için hiçbir zaman gerekli değildir.
C) CO₂ yalnız solunumda kullanılır.
D) Plato bütün enzimlerin parçalandığını kanıtlar.
E) Fotosentez hızı yalnız tek bir faktörle belirlenir.
Işık artışı etkisiz olduğuna göre o koşulda ışık sınırlayıcı değildir. CO₂ artışı hızı yükselttiği için CO₂ başlangıçta sınırlayıcıdır; yeni plato ise sıcaklık, su veya enzim kapasitesi gibi başka bir sınırı düşündürür.

Cevap: A

Sıcaklık ve Enzim Etkinliği

Işığın pigment tarafından soğurulması doğrudan enzimatik bir basamak değildir; fakat elektron aktarımı ve özellikle Calvin döngüsü çok sayıda enzime bağlıdır. Düşük sıcaklıkta moleküler hareket ve enzim–substrat karşılaşmaları azalır. Sıcaklık optimuma kadar yükseldiğinde fotosentez hızı artabilir.

Optimumun üzerinde enzimlerin yapısı ve zarların düzeni bozulabilir; ayrıca stomaların kapanması CO₂ girişini azaltabilir. Bu nedenle sıcaklık–hız eğrisi çoğunlukla optimumdan sonra düşer. Yüksek ışıkta sıcaklığın etkisi belirginleşirken düşük ışıkta ışık sınırlayıcı olduğu için sıcaklık değişiminin etkisi daha küçük kalabilir.

Örnek - 22
Aynı bitkide düşük ve yüksek ışık altında sıcaklığa bağlı fotosentez hızı ölçülüyor. Düşük ışıkta 15–30 °C arasında hız çok az değişirken yüksek ışıkta 30 °C’ye kadar belirgin artıp 45 °C’de düşüyor. Hangisi en uygun açıklamadır?

A) Düşük ışıkta bütün enzimler denatüre olmuştur.
B) Yüksek ışıkta sıcaklık hiçbir basamağı etkilemez.
C) 45 °C’de ışık fotonları yok olmuştur.
D) Sıcaklık yalnız klorofil rengini değiştirir.
E) Düşük ışıkta ışık sınırlayıcıdır; yüksek ışıkta enzimatik basamakların sıcaklığa cevabı görünür, aşırı sıcaklıkta hız düşer.
Düşük ışık fotosentezi sınırladığı için sıcaklığın potansiyel etkisi ortaya çıkmaz. Işık yeterli olduğunda enzim hızları optimuma kadar artar; yüksek sıcaklıkta enzim ve zar işlevleri bozulabilir.

Cevap: E

Işık Şiddeti ve Işığın Dalga Boyu

Düşük ışık şiddetlerinde daha fazla foton daha fazla reaksiyon merkezini uyarabildiği için fotosentez hızı artar. Pigment ve tepkime kapasitesi doyduğunda ya da CO₂/sıcaklık sınırlayıcı olduğunda ışık artışı hızı yükseltmez. Çok yüksek ışık koruyucu mekanizmaları aşarsa pigment ve fotosistemlerde hasar oluşturarak fotoinhibisyona yol açabilir.

Işık şiddeti foton sayısıyla, dalga boyu fotonların pigmentlerce kullanılabilirliğiyle ilgilidir. Eşit enerji veya eşit foton akısında mor-mavi ve kırmızı ışık çoğunlukla yeşil ışıktan daha etkilidir. Ancak dalga boyu etkisi, canlıdaki pigment bileşimine göre değişebilir.

Örnek - 23
Bir bitkiye eşit foton akısında kırmızı, yeşil ve mavi ışık ayrı ayrı veriliyor. Kırmızı ve mavi ışıkta O₂ üretimi yeşil ışıktan yüksek bulunuyor. Işık şiddeti iki katına çıkarıldığında kırmızı ışıkta hız değişmiyor, yeşil ışıkta bir miktar artıyor. Buna göre hangi yorum doğrudur?

A) Yeşil ışığın hiçbiri soğurulamaz.
B) Kırmızı ışıkta su fotolizi gerçekleşmez.
C) Dalga boyunun etkisi pigmentlerden bağımsızdır.
D) Kırmızı ışıkta sistem başka bir faktörce sınırlandırılmış olabilir; yeşil ışıkta artan foton sayısı soğurulan toplam enerjiyi artırmıştır.
E) O₂ yalnız Calvin döngüsünde oluşur.
Kırmızı ışıkta plato başka bir faktörün sınırlayıcı olduğunu gösterir. Yeşil ışık zayıf soğurulsa da tümüyle etkisiz değildir; foton sayısı artınca soğurulan toplam enerji ve hız bir miktar artabilir.

Cevap: D

Karbondioksit Derişimi

CO₂ Calvin döngüsünün karbon kaynağıdır. Düşük CO₂ derişiminde karboksilasyon hızı sınırlanır; CO₂ arttıkça fotosentez belirli bir değere kadar hızlanır. Sonrasında RuBP yenilenmesi, ışık ürünleri, enzim miktarı veya sıcaklık gibi başka faktörler sınırlayıcı olur ve eğri plato yapar.

Kireç suyu veya KOH gibi CO₂ tutucular kapalı düzende ortam CO₂’sini azaltarak net fotosentezi düşürür. Buna karşılık yalnız CO₂ eklemek, ışık veya sıcaklık uygun değilse beklenen artışı sağlamaz. Seracılıkta CO₂ zenginleştirmesi bu nedenle ışık ve sıcaklık denetimiyle birlikte değerlendirilir.

Fotosentez hızına sıcaklık ışık şiddeti dalga boyu karbondioksit ve suyun etkisini gösteren grafikler
Fotosentez hızını artıran bir faktör, başka bir faktör sınırlayıcı hâle geldiğinde plato oluşturur.
Örnek - 24
İki ışık düzeyinde sıcaklık ve karbondioksit derişimine bağlı fotosentez eğrileri

Grafikte düşük ışıkta CO₂ artışının etkisi sınırlı, yüksek ışıkta ise daha belirgindir; sıcaklık optimum aralıktan 45 °C’ye yükseldiğinde her iki ışık düzeyinde hız düşmektedir. Buna göre aşağıdakilerden hangisine ulaşılamaz?

A) Düşük ışıkta ışık sınırlayıcı olabilir.
B) Yüksek ışıkta CO₂ artışı belirli aralıkta hızı artırabilir.
C) CO₂ derişimi ne kadar artırılırsa artırılsın fotosentez hızı bütün sıcaklıklarda sınırsız yükselir.
D) 45 °C’deki düşüş enzim ve zar işlevleriyle ilişkili olabilir.
E) Bir faktörün etkisi diğer faktörlerin düzeyine bağlıdır.
Grafik sınırsız artış değil, başka faktörlerin sınırlayıcı olduğu plato ve düşüşleri gösterir. Bu nedenle C çıkarımı yapılamaz; diğer seçenekler eğrilerle uyumludur.

Cevap: C

Su, Mineral ve Toprak pH’sı

Su ışığa bağlı tepkimelerde elektron ve proton kaynağıdır; fakat bitkinin toplam su tüketiminin çok küçük bölümü doğrudan fotosentez denklemine girer. Su eksikliğinin daha büyük etkisi stomaların kapanmasıyla CO₂ girişinin azalması, hücre turgorunun ve enzim etkinliğinin bozulmasıdır.

Magnezyum klorofilin, azot enzim ve pigmentlerin, fosfor ATP ve nükleik asitlerin yapısında önemlidir. Mineral eksiklikleri klorofil miktarını, enzim kapasitesini ve yaprak gelişimini azaltabilir. Toprak pH’sı minerallerin çözünürlüğünü ve kökten alınabilirliğini değiştirdiği için dolaylı olarak fotosentez hızını etkiler.

Dikkat
Kuraklıkta fotosentezin erken azalması yalnız “fotolizde su kalmaması” ile açıklanamaz. Stomaların kapanması ve CO₂ girişinin düşmesi çoğu kara bitkisinde daha erken ve güçlü sınırlayıcıdır.
Örnek - 25
Kuraklık uygulanan bir bitkide yaprak su potansiyeli azalırken stomalar kapanıyor; yaprak içi CO₂ derişimi düşüyor ve O₂ üretimi yavaşlıyor. Kısa süreli ilk etki için en uygun açıklama hangisidir?

A) Kloroplastların tamamı anında yok olmuştur.
B) Stoma kapanması CO₂ girişini azaltarak Calvin döngüsünü ve dolaylı olarak ışık ürünlerinin tüketimini sınırlar.
C) Su yalnız glikozun karbon kaynağıdır.
D) Kuraklıkta solunum kesinlikle sıfırlanır.
E) CO₂ derişiminin düşmesi fotosentezi hızlandırır.
Stomaların kapanması CO₂ difüzyonunu azaltır. Karbon özümlemesi yavaşlayınca ATP/NADPH tüketimi ve geri dönüşen ADP/NADP⁺ havuzu da azalabilir; böylece ışığa bağlı evre dolaylı etkilenir.

Cevap: B

Genetik Faktörler ve Yaprak Özellikleri

Kloroplast ve klorofil miktarı, fotosentetik enzimlerin düzeyi, yaprak sayısı ve konumu, mezofil düzeni, stoma yoğunluğu ile kutikula kalınlığı tür ve genotip tarafından etkilenir. Bu özellikler ışık yakalama, CO₂ difüzyonu ve su korunması arasında farklı dengeler kurar.

Güneş bitkileri yüksek ışıkta daha yüksek doygunluk hızına ulaşabilir; gölge bitkileri düşük ışığı daha verimli kullanıp daha erken doygunluğa erişebilir. İnce kutikula ve fazla stoma CO₂ alımını kolaylaştırırken su kaybını artırabilir. Bu nedenle tek bir yaprak özelliği her çevrede mutlak üstünlük sağlamaz.

Örnek - 26
Güneş ve gölge bitkilerinin ışık şiddetine bağlı fotosentez hız eğrileri

Grafikte K bitkisi düşük ışıkta hızla artıp erken ve düşük bir platoya, L bitkisi daha yüksek ışıkta daha yüksek platoya ulaşmaktadır. Buna göre hangisi doğrudur?

A) K yalnız karanlıkta fotosentez yapar.
B) K gölge koşullarına, L yüksek ışık koşullarına daha uygun fotosentetik özellikler taşır.
C) L’nin klorofili yoktur.
D) K’nın maksimum fotosentez hızı L’den yüksektir.
E) İki bitkinin ışık doygunluk noktaları aynıdır.
K düşük ışığı verimli kullanıp erken doygunluğa ulaşan gölge tipi; L daha yüksek ışık gerektirip daha yüksek kapasiteye ulaşan güneş tipi davranış gösterir.

Cevap: B

Kemosentez

İnorganik Maddelerin Oksidasyonu ve Enerji Kazanımı

Kemosentez, bazı bakteri ve arkelerin inorganik maddeleri oksitleyerek açığa çıkardığı kimyasal enerjiyi organik madde sentezinde kullanmasıdır. NH₃, NO₂⁻, H₂S, elementel kükürt, H₂ ve Fe²⁺ gibi maddeler elektron verici olabilir. Elektronlar zarla ilişkili taşıyıcılara aktarılır; elektron akışı proton gradyanı ve ATP üretimiyle eşleştirilir.

Oksitlenen inorganik madde enerji kaynağıdır; organik besinin karbon kaynağı değildir. Karbon çoğunlukla CO₂’den sağlanır. Bu nedenle amonyak oksitleyen bir bakterinin besinindeki karbonların amonyaktan geldiği söylenemez. Kemoototroflar ışığa ve klorofile gerek duymadan enerji kazanabilir.

Örnek - 27
Bir bakteri NH₃’ü NO₂⁻’ye oksitlerken açığa çıkan enerjiyi kullanarak CO₂’den organik madde sentezliyor. Bu bakteride NH₃ ve CO₂’nin görevleri sırasıyla hangisidir?

A) Elektron/enerji kaynağı – karbon kaynağı
B) Karbon kaynağı – ışık kaynağı
C) Pigment – elektron son alıcısı
D) Organik ürün – ATP sentaz
E) Enzim – klorofil
NH₃ oksitlenerek elektron ve enerji sağlar; CO₂’nin karbonu ise organik molekülün iskeletine katılır. Enerji kaynağı ile karbon kaynağı aynı madde olmak zorunda değildir.

Cevap: A

Karbondioksit Özümlemesi ve Organik Besin Sentezi

Kemosentez iki bağlantılı işlev olarak düşünülebilir. Önce inorganik elektron verici oksitlenir ve ATP ile indirgenmiş taşıyıcıların üretimine katkı sağlayan enerji elde edilir. Ardından bu enerji ve indirgeme gücü CO₂’nin organik moleküllere katılmasında kullanılır.

İkinci basamakta ışık doğrudan kullanılmaz; ancak bu, organik madde sentezinin enerjisiz olduğu anlamına gelmez. Enerji önce kimyasal oksidasyondan elde edilmiştir. Kemosentetik canlıların kullandığı karbon tutma yolu türlere göre ayrıntıda değişebilse de AYT düzeyindeki temel ilişki “inorganik madde oksidasyonu → enerji → CO₂ özümlemesi”dir.

İnorganik madde oksidasyonundan enerji kazanımı ve bu enerjiyle karbondioksitin organik maddeye dönüştürülmesi
Kemosentezde enerji kaynağı oksitlenen inorganik madde, karbon kaynağı ise CO₂’dir.
Dikkat
Kemosentezin genel anlatımında su kullanıldığı için atmosferik O₂ üretildiği sonucu çıkarılamaz. Fotosentezde atmosfere verilen O₂ suyun ışığa bağlı fotolizinden doğar; kemosentezde böyle bir fotoliz basamağı yoktur ve oksijen çoğu örnekte oksidasyonda tüketilebilir.
Örnek - 28
Kemosentetik bir kültürde inorganik elektron verici ve CO₂ bulunmaktadır. Elektron vericinin oksidasyonunu engelleyen, karbon tutma enzimlerini doğrudan etkilemeyen bir madde ekleniyor. Bir süre sonra organik madde sentezinin de azalması en iyi nasıl açıklanır?

A) CO₂ ışığa dönüşmüştür.
B) Klorofil parçalandığı için fotosistem durmuştur.
C) Organik maddenin karbonu elektron vericiden gelir.
D) Kemosentez enerjisiz gerçekleşir.
E) İnorganik oksidasyondan ATP ve indirgeme gücü sağlanamadığı için CO₂ özümlemesi sürdürülemez.
Karbon tutma enzimleri sağlam olsa bile tepkimeleri yürütecek enerji ve elektron kaynağı gerekir. İnorganik oksidasyon engellenince bu girdiler üretilemez ve organik madde sentezi azalır.

Cevap: E

Kemosentetik Canlı Grupları ve Madde Döngülerindeki Rolleri

Nitrifikasyonun ilk basamağında bazı mikroorganizmalar amonyağı nitrite, ikinci basamağında başka mikroorganizmalar nitriti nitrata oksitler. Bu oksidasyonlar enerji sağlar; oluşan nitrat bitkiler için alınabilir azot biçimlerinden biridir. Kükürt, demir ve hidrojen oksitleyen kemoototroflar da kendi elektron vericilerine göre farklı ortamlarda yaşar.

Kemosentetik üreticiler ışığın ulaşmadığı derin deniz hidrotermal bacalarında besin ağlarının temelini oluşturabilir. Azot, kükürt ve demir döngülerinde maddelerin kimyasal biçimini değiştirir; atık su arıtımı ve biyoremediasyon süreçlerine katkı sağlayabilir. “Kemosentez yapan bütün bakteriler aynı maddeyi oksitler” genellemesi yanlıştır.

Örnek - 29
Amonyaktan nitrite ve nitritten nitrata oksidasyon ile enerji aktarım basamakları

Şemada X canlısı NH₃’ü NO₂⁻’ye, Y canlısı NO₂⁻’yi NO₃⁻’ye oksitlemekte ve her ikisi açığa çıkan enerjiyi CO₂ özümlemesinde kullanmaktadır. Buna göre hangisi doğrudur?

A) X’in organik maddesindeki karbon NH₃’ten gelir.
B) Y ışık olmadan ATP üretemez.
C) X ve Y farklı inorganik elektron vericileri kullanır; ikisi de karbonu CO₂’den sağlayabilir.
D) NO₃⁻ oluşumu yalnız fotosentezin ışığa bağlı evresidir.
E) X ve Y zorunlu olarak ökaryottur.
X amonyağı, Y nitriti oksitler; dolayısıyla enerji veren substratları farklıdır. Her ikisi de kemoototrof olduğundan organik karbon iskeletini CO₂ özümleyerek kurabilir.

Cevap: C

Fotosentez ile Kemosentezin Karşılaştırılması

Ortak Özellikler ve Temel Farklar

Fotosentez ve kemosentez ototrof beslenme yollarıdır. İkisinde de CO₂ organik moleküllere katılabilir, enzimler ve elektron taşıyıcıları görev yapar, ATP sentezlenir ve endergonik organik madde sentezi için enerji kullanılır. Her iki süreç de üreticilerin inorganik çevreden organik karbon oluşturmasını sağlar.

Fotosentezin enerji kaynağı ışık; kemosentezin enerji kaynağı inorganik maddelerin oksidasyonudur. Fotosentez için ışık soğuran pigment gerekir, kemosentez için gerekmez. Oksijenli fotosentez suyun fotoliziyle atmosfere O₂ verebilir; kemosentez atmosferik O₂’nin temel üretim yolu değildir. Fotosentez prokaryot ve ökaryotlarda, kemosentez ise bazı prokaryotlarda görülür.

Özellik Fotosentez Kemosentez
Enerji kaynağı Işık İnorganik maddelerin oksidasyonu
Karbon kaynağı Çoğunlukla CO₂ Çoğunlukla CO₂
Pigment Gerekli Gerekli değil
Canlı grubu Bazı prokaryot ve ökaryotlar Bazı bakteri ve arkeler
Elektron taşıma ve ATP Bulunur Bulunur
Atmosfere O₂ katkısı Oksijenli fotosentezde olabilir Temel ürün değildir
Örnek - 30
Fotosentez ve kemosentez karşılaştırıldığında aşağıdaki özelliklerden hangisi iki süreç için de ortaktır?

A) Işık enerjisinin zorunlu olması
B) Klorofilin reaksiyon merkezinde bulunması
C) Suyun fotoliziyle atmosfere O₂ verilmesi
D) Elektron aktarımıyla enerji dönüşümü yapılması ve CO₂’nin organik madde sentezinde kullanılabilmesi
E) Yalnız kloroplastta gerçekleşme
İki süreçte de elektron aktarımına dayalı enerji dönüşümü ve ototrof karbon özümlemesi bulunabilir. Işık, klorofil ve suyun fotolizi fotosenteze özgüdür; kloroplast ise yalnız fotosentetik ökaryotlarda bulunur.

Cevap: D

CEVAP VER

Lütfen yorumunuzu giriniz!
Lütfen isminizi buraya giriniz